【研究領域課題番号】22H00357 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イネ / シロイヌナズナ / 栄養応答 / 窒素応答 / 窒素獲得

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】42,510千円 (直接経費: 32,700千円、間接経費: 9,810千円)

【研究領域課題番号】19K05751 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マグネシウム / イネ / シロイヌナズナ / MutMap / QTL-seq / 品種間差 / MutMap法 / 低マグネシウム / 次世代シーケンサー / QTL / イオン吸収

【研究成果の概要】

地上部のマグネシウム濃度が低いイネ変異体の1番染色体上にはlong deletionがあり、この領域には2つの遺伝子が含まれていた。そこで、ゲノム編集にてそれぞれをノックアウトした変異体を作出したところ、zinc fingerタンパク質をコードする遺伝子の欠損が、マグネシウム含量低下の原因と確認された。マグネシウム動態に関わるzinc fingerタンパク質が同定されたのはこれが初めてである。
低マグネシウム品種Ove-0と高マグネシウム品種Col-0のゲノムを用いてQTL-seq解析を実施し、マグネシウム濃度を制御する遺伝子座が5番染色体の0~2.3 Mbの領域に存在することを突き止めた。

【研究の社会的意義】

多量必須元素であるマグネシウムの吸収や体内動態を司る複数のイオン輸送体は同定されているが、それらが協調してマグネシウムの濃度を制御する仕組みはよくわかっていない。本研究で発見したイネの遺伝子は、微生物や哺乳類にも相同遺伝子が存在するが、これまでにマグネシウム動態への関与が示されたことはない。また、シロイヌナズナにおける候補領域にも、マグネシウムに関係する既知の遺伝子は座上しておらず、マグネシウムの濃度制御に関わる新規の因子の発見が予想される。近年、主要穀物中のマグネシウム濃度は低下の一途をたどっており、これらの遺伝子の情報は高マグネシウム品種の開発につながると期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】植物栄養学・土壌学

【研究領域課題番号】18F18078 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イネ / シロイヌナズナ / 金属輸送 / 栄養 / 変異株 / 発現解析

【研究成果の概要】

植物の必須金属元素の輸送制御は作物生産や生産物の品質に重要な性質である。また毒物となる金属の輸送は低減させることが重要であり、そのためには輸 送の制御機構を明らかにすることが重要である。ISLAM氏はバングラデシュの出身でバングラデシュではヒ素やカドミウムの汚染が問題となっている。本研究は金 属輸送や蓄積の制御機構をイネやシロイヌナズナの変異株を用いて解析し、重金属汚染地域での将来の安全な作物生産に資する知見を得ることを目的としてい る。特に翻訳制御やエピジェネテッィク制御の金属輸送についての関与についての知見を得ることを目標としている。
本年度の研究としては、平成３０年度までの研究で得られた変異株とその原因遺伝子について、網羅的発現解析を行った。原因遺伝子は転写因子と推測されるものであり、変異によって多くの遺伝子のmRNA蓄積が影響をうけており窒素だけでなく植物ホルモンの影響があると推測された。当該変異株については根の形態が異常であることが見出された。特に重力屈性に対する影響があり、シロイヌナズナの相同遺伝子で報告されている現象と似た現象が見られることが確認された。葉緑体の発達に対する影響も観察した。さらに、窒素以外の影響に対する応答についても検討したところ、窒素以外の栄養に対する応答にも影響があることが見出された。当該遺伝子は栄養応答を含めた様々な影響を持つ転写因子であることが推測された。また、栄養条件でスプライシング等が異常になった遺伝子も見出された。

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2018-07-25 - 2020-03-31

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】15H04628 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

植物 / mRNA制御 / 環境応答 / 高温ストレス / ストレス顆粒 / P-ボディー / RNA顆粒 / シロイヌナズナ / mRNa分解 / 翻訳抑制 / イネ / 野外環境 / 生体機能利用 / 環境対応 / 気候変動 / 環境調和型農林水産 / mRNA分解 / 脱キャップ酵素 / ストレス / バイオテクノロジー / プロセッシングボディー / RNAプロファイリング

【研究成果の概要】

植物が高温などのストレスを受けた際、細胞内に現れるRNA顆粒ーPボディーとストレス顆粒ーについて、ストレス耐性を付与する機能との関連を解析した。ストレス高温処理直後から、分単位で見られる非常に早い変化であった。DCP1 によるPボディーは平常時から存在し、DCP2がそこに集結、ストレス顆粒はそれとは独立に形成されるが、P-ボディーと離合集散する構造として観察された。ストレス耐性の際増加するmRNA、不安定化するmRNA種類はそれぞれ7-8,000種。Pボディーを構築するタンパク質や含まれるRNA種を解析した。mRNAプロファイルの変化に関連している顆粒としてP-ボディーを捉えることができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)

【研究分野】応用生物化学

【研究領域課題番号】26660083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

グリコシダーゼ / シロイヌナズナ / イネ / β-アラビノオリゴ糖 / 糖質関連酵素

【研究成果の概要】

DUF1680に分類される植物由来の機能未知酵素の構造と機能を明らかにすることを当初の目的として研究を行った。シロイヌナズナとイネの遺伝子について異種発現を行い、多数の条件を試みたが、いずれも発現しないか不溶性でしか発現しなかった。新規ファミリーGH146に分類される植物病原菌（Xanthomonas属）由来のβ-L-アラビノフラノシダーゼについて立体構造を決定し、その活性中心がビフィズス菌由来のGH127酵素(HypBA1)と同様にシステインであることを明らかにした。さらに、本酵素が新規な糖質結合ドメインを有することがわかった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】育種学

【研究領域課題番号】16380004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

作物 / 冠水抵抗性 / 耐湿性 / イネ / シロイヌナズナ / アクティベーションタギング / アクチベーションタギング

【研究成果の概要】

わが国においては、減反政策によって水田を転換畑へ転用することが推奨されているが、本来水田として利用していた土壌は保水性が高いため、転換作物として栽培の拡大が見込まれるダイズの発芽・生育阻害がしばしば問題になる。したがって冠水抵抗性・耐湿性を強化したダイズ品種を育成することは、わが国においても非常に重要な課題であると考えられる。そこで本研究では、イネやシロイヌナズナより冠水抵抗性・耐湿性を強化できる遺伝子を同定することを最終目標とする。
本年度は、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターのエンハンサー配列をランダムに挿入させたアクティベーションタギング系統のライブラリープールのシロイヌナズナ種子31万粒の中から選抜された冠水抵抗性を付与されたと思われる2系統のT-DNA挿入位置をTAIL-PCRにより同定した。一つ目の系統(A90)については、T-DNAが2番染色体の3,294,500bp付近のAt2g07682の中に挿入されており、このT-DNA挿入領域はミトコンドリアDNA由来の620kbpの断片中であった。これらの領域内の配列は機能的な遺伝子をコードしていないと考えられるので、このA90系統に関する詳細な解析は行わなかった。二つ目の系統(A96)については、T-DNAが5番染色体の15,836,O00bp付近のA15g39500の中に挿入されていた。現在、このA96系統に関して、冠水抵抗性の再現性も含め、詳細な解析を進めている。今後、冠水抵抗性付与に寄与する遺伝子を同定し、ダイズヘの形質転換を試みる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】15,800千円 (直接経費: 15,800千円)

【研究分野】育種学

【研究領域課題番号】08556002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大量クローン化 / データベース / 遺伝子資源 / イネ / 細胞死 / 根 / シロイヌナズナ / Database

【研究成果の概要】

本研究は、育種上有用な遺伝子群の大量クローン化とそのシステムの開発を試みる。その為、農業上重要な、代謝系に関与する遺伝子の単離を行った。
以上の研究用の材料として、イネ、シロイヌナズナの個体ならびに培養細胞を用いる。以上の方法は、既存のデーターベースを利用するが、全く未知のタンパク質等の同定は出来ない。そこで酵素活性を有するペプチドの同定により、各代謝系で重要なcDNAをクローン化する手法を開発し、全体の研究をバックアップした。
これまで遺伝子のクローン化法としては、タンパク質を精製し、その抗体を用いたcDNAのスクリーニング法が用いられてきた。この場合、目的とするタンパク質を純品な状態まで精製しなければならない。一方、既に知られた異種生物タンパク質のアミノ酸配列から推定される遺伝子の一部に相当するオリゴヌクレオチドも使用されてきた。この様な合成DNAをプローブとするクローニング法は、PCR法の普及により2つのプライマーによる遺伝子増幅法にも利用されている。以上の方法は、ターゲットとする特定遺伝子のクローン化法としては有効である。しかし、多数の遺伝子を単離する技術としては限界がある。本研究では、大腸菌のpUC系ベクターにmRNAから合成したcDNAを直接クローン化し、それらをランダムに選択してDNAの塩基配列を決定した。有用遺伝子同定用ソフトシステムの開発には、GenBankのデータベースを基本として用いるが、すでに当研究室でクローン化した多数のcDNAのデータも利用した。
本研究では多数のcDNAの塩基配列を決定する上で有効となる合成オリゴヌクレオチドの開発も行った。すなわち、育種上重要な遺伝子のコンセンサス配列を求め合成オリゴヌクレオチドを作成した。これらをプライマーとして効率の良い有用遺伝子の検索を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】16,900千円 (直接経費: 16,900千円)